Процессов кристаллизации

При моделировании процессов конвективного теплообмена уравнение энергии должно рассматриваться совместно с уравнениями неразрывности, движения и состояния. При анализе многих процессов, например в случае свободной конвекции или при необходимости учета зависимости вязкости от температуры, необходимо все эти уравнения решать совместно. Численные схемы для уравнений гидродинамики гораздо сложнее, чем рассмотренные в главе 3 схемы для уравнения теплопроводности. С ними можно познакомиться по книгам [19—21, 23]. Мы будем считать, что поле скоростей

Система уравнений (10.3). . .(10.5) описывает бесконечное множество процессов конвективного теплообмена. Частные особенности процессов теплообмена характеризуются условиями однозначности, которые содержат геометрические, физические, временные и граничные условия.

В области стабилизированного течения интенсивность теплоотдачи не зависит от скорости и определяется физическими свойствами жидкости (теплопроводностью) и диаметром трубы. В отличие от этого на начальном участке трубы, где имеет место нестабилизированное течение, процесс теплообмена отличается большой сложностью и резко изменяется по длине. Если труба короткая, то большая часть ее занята начальным участком. В длинных трубах влияние начального участка невелико, и основная часть трубы находится в стабилизированной области. Зависимость теплоотдачи от характера и величины гидродинамических возмущений в потоке жидкости широко используется для интенсификации процессов конвективного теплообмена в том случае, когда нельзя увеличить скорость (см. §5-10).

5-11. МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

Введение. Одной из важнейших проблем современной теплотехники является проблема интенсификации процессов конвективного теплообмена. Особое значение она приобретает для случаев теплообмена, в которых участвует газовая среда, так как для нее коэффициенты теплоотдачи отличаются малой величиной. Интенсификация конвективного теплообмена может осуществляться различными методами. К ним относятся: методы воздействия на поверхность теплообмена; методы гидродинамического воздействия на поток жидкости; методы воздействия на физические свойства жидкости. При конструировании поверхности теплообмена стремятся составить ее из элементов, имеющих небольшиг геометрические размеры (петельно-проволочные и другие виды оребрення). Кроме того, поверхности теплообмена подвергают вибр щнн, приводят их во вращательное движение и т. д. К гидродинамическому воздействию на поток жидкости или газа, помимо увеличения скорости движения, относятся различные способы воздействия па пограничный слой с целью его турбулизации: применение выступов, шероховатостей, ультразвука и различных устройств для ссздания искусственной турбулентности потока. К последним относятся различные турбулизирующие планки, решетки и завихрители, создающие сложные закрученные, винтовые, пульсационные и другие течения. Могу г применяться трубы со спиральной и другими видами накатки [Л. b-5u'J.

5-11. Методы интенсификации процессов конвективного

35. Гухман А. А. Некоторые вопросы теории процессов конвективного теплообмена высокой интенсивности. — ЖТФ, 1953, т. XXIII, вып. 6, с. 1064—1114.

Кроме того, подобие процессов конвективного теплообмена обусловлено равенством особых безразмерных комплексов, состоящих из физических величин, влияющих на теплообмен (ско-

Физический анализ процессов конвективного теплообмена показывает, что в ряде случаев математическая формулировка задачи может быть упрощена без внесения существенных .погрешностей. Например, математическая формулировка может быть упрощена при использовании понятия пограничного слоя/ рассматриваемого в следующем параграфе. В результате могут быть получены математически точные решения.

Сложность процессов конвективного теплообмена заставляет при его изучении особенно широко использовать методы экспериментального исследования. В результате эксперимента получают синтезированные сведения о процессе, влияние отдельных факторов не всегда легко выделить. Эти трудности помогает преодолевать теория подобия, рассмотренная в гл. 5. Основой теории подобия является математическая формулировка краевой задачи.

ПОДОБИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

Систематическое исследование процесса образования центров кристаллизации и их роста вначале на прозрачных органических веществах, а затем и металлах было проведено Г. Тамманом. Им установлена в общем виде зависимость между числом центров кристаллизации, скоростью роста и степенью переохлаждения. Однако более поздние исследования процессов кристаллизации, особенно исследования Л. А. Бочвара, К- П. Бунина и др., показали ограниченное значение схемы Таммана для процесса кристаллизации реальных жидких металлов. Все же многие закономерности, установленные Тамманом на основе его опытов, нашли качественное подтверждение в последующих работах и оказываются полезными при анализе процессов кристаллизации.

Тройные системы можно классифицировать по тем же принципам, что и двойные, учитывая растворимость компонентов в твердом и жидком состояниях и склонность их к образованию химических соединений. Очевидно, что диаграмм тройных систем различных типов будет гораздо больше, чем диаграмм двойных систем. В задачу данного курса не входит рассмотрение разнообразных тройных диаграмм состояний, поэтому ограничимся рассмотрением в общих чертах процессов кристаллизации в тройной системе, где эти три компонента не растворимы в твердом состоянии и не образуют химических соединений.

Из рассмотренных первичных процессов кристаллизации можно сделать следующий важный вывод.

Для описания превращений в сплавах в условиях реальных скоростей охлаждения и определения характера образующихся структур нужно, кроме равновесной диаграммы состояния, знать механизм и кинетику процессов кристаллизации и превращений.

Распределение в стали углерода, вредных примесей фосфора и серы зависит как от количества этих элементов, так и от процессов кристаллизации и обработки давлением. Оно оказывает существенное влияние на строение металла, а следовательно, и на его свойства.

открывает великое множество других дверей. Интроскопия служит исследованиям качеств металлов, наблюдениям процессов кристаллизации в изложницах печей при непрерывной разливке стали и равномерности распределения легирующих добавок, проверке материалов на однородность и сплошность в химически и термически опасных средах.

Приведенная методика демонстрирует все многообразие и сложность процессов кристаллизации из растворов. Такой подход позволяет рассчитать теоретически оптимальное число оборотов скребкового вала. Полученные результаты целесообразно использовать в сравнении с данными, полученными по другим моделям. Существенным недостатком является то, что не учитываются места, свободные от скребков, что представляет собой трудности при окончательном выводе о путях, методах и способах обеспечения надежности. Поэтому целесообразно использовать методику для сравнительных оценок.

Акад. Н. Т. Гудцов (1885—1957 гг.) работал в области металловедения и термической обработки стали. Труды его школы можно разбить на четыре группы: 1) исследования в области теоретического металловедения, 2) исследования процессов кристаллизации стальных слитков, 3) исследования специальных сталей, 4) учебники.

Выше было показано, что основными факторами, влияющими на структурооб? разование чугуна, являются его химический состав и скорость процессов кристаллизации (как в жидком, так и в твердом состоянии). Поэтому на протяжении нескольких десятилетий ставились и решались задачи создания на базе этих факторов методов инженерного расчета структуры чугуна.

Учитывая сложность строения поверхностных пленок, отсутствие строгой стехиометричности их и довольно широкие пределы гомогенности, а также принцип ориентационного и размерного соответствия, предложенный П. Д. Данковым для процессов кристаллизации, можно считать, что правило Пиллинга-Бедвордса дает лишь приближенные результаты.

Формально это возможно потому, что тепловые эффекты, связанные с переохлаждением жидкого металла, в общем тепловом балансе затвердевающей отливки пренебрежимо малы. По существу же развитие процессов кристаллизации реальных металлов и сплавов в условиях реальной технологии целиком определяются условиями теплообмена отливки во время затвердевания ее в форме. В то же время кристаллическое строение отливки определяется природой металла (наличием активных примесей, склонностью к транскристаллизации и т. п.). В этом смысле связь между процессами кристаллизации и затвердевания очевидна [3].